电动机传动系统设计书.docx
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电动机传动系统设计书
电动机传动系统设计书
一、传动系统的参数设计
已知输送带的有效拉力Fw=1800N,输送带的速度Vw=1.31m/s,滚筒直径D=250mm连续工作,有轻微振动、单向运转。
1)选择合适的电动机;2)计算传动装置的总传动比,分配各级传动比;3)计算传动装置的运动参数
和动力参数。
解:
1、选择电动机
(1)选择电动机类型:
按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动
机。
(2)选择电动机容量
FwVw
18001.31
Pw
236Kw
厶.oor\w
工作机所需功率:
1000
1000
Pw
2.36
Po
乙72kw
电动机输出功率:
0.8674
其中n为电动机至滚筒、主动轴传动装置的总效率,包括V带传动效率nb、一对齿轮传动效率
ng、两对滚动轴承效率nr2、联轴器效率nc、及传动滚筒效率nw值
计算如下:
n=nb•ng°nr2•ncnw=0.8674
由《机械设计课程设计》表8—2(63页)查得各效率值,nb=0.96,ng=0.97,n「=0.99,nc=0.99,nw=0.96,代入公式计算出效率及电机输出功率。
使电动机的额定功率Pn=(1〜1.3)Po,由《机械设计
课程设计》表17—1Y(153页)查得电动机的额定功率Pm=5.5kW
⑶选择电动机的转速
计算滚筒的转速:
nw
601000Vw600001.31
250
250
100.1
in
计算时取nw100r/min
根据表3—1确定传动比的围:
取V带传动比ib=2〜4,单级齿轮传动比ig=3〜5,则总传动比的围:
i=(2X3)〜(4X5)=6〜20。
电动机的转速围为n'=i•nw(6~20)•nw=592.94~1909.8
在这个围电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min,综合考虑电动机和传动装置的情况,同
时也要降低电动机的重量和成本,最终可确定同步转速为7000,根据同步转速确定电动机的型号为
Y132M2-6,满载转速960。
(《机械设计课程设计》153页)
型号
额定功率
满载转速
同步转速
Y132M2-6
5.5
960
1000
2、计算总传动比并分配各级传动比
(1)计算总传动比:
i=nn/nW=960/100.13=9.59,在8~14围
(2)分配各级传动比:
为使带传动尺寸不至过大,满足ib /ib(在4左右,取小数点后两位,不随意取整)。 3、计算传动装置的运动和动力参数 (1)各轴的转速: n1=nMibnn=m/ignw=nn ⑶各轴的转矩: To=955OP/nmTi=9550P/n1Tii=9550Pi/n11Tw=9550FW/nw最后将计算结果填入下表: 参数 轴名 电机轴 I轴 II轴 滚筒轴 转速n(r/min) nn=960 ni=384 nii=96 nw=96 功率P(kW) Pt=5.5 Pi=5.28 Pii=5.08 Pw=4.99 转矩T(N•m) T0=54.71 Ti=131.31 Tii=505.67 Tw=496.5 传动比i ib=2.5 ig=4.02 1 效率n nb=0.96 nb•nr=0.96 nr•nc=0.98 三、带传动的设计计算 已知带传动选用丫系列异步电动机,其额定功率Pm=5.5kV,主动轮转速nw=960r/min,从动轮的转速ni=384r/min,ib=2.5。 两班制工作,有轻度冲击。 计算项目 计算容 计算结果 1确定设计功率 2选V带型号 3确定带轮直径 4验算带速 5确定带的基准长度 6验算小带轮包角 查《机械设计基础》表8—7(175页),取K=1.2,故 Pd=KP=1.2X1仁6.60kW 根据Fd和ni查《机械设计基础》图8—8(176页),选B型普通V带 由《机械设计基础》表8—4(171页),取小带轮基准直径ddi=125mm 传动比i2.5 大带轮基准直径dd2=iXddi=2.5X125=312.5mm圆整da2=315mm yr人苗dd1n1125960小“, 验算v——6.28m/s 6010006010005m/s〈v〈25m/s,符合要求 由0.7(dd计dd2) 传动中心距 2 Ldo2a0(ddidd2) 24a° 2 =2X700+—(125+315)+(315-125)=2104mm24700 查表《机械设计基础》表8—3(167页),取Ld=2240mn实际中心距 LdLdo“22402104”c a=ao+700+=768mm 22 i180°-57.3°Xdd2-dd1165.8° a Pd=6.60kw B型 ddi=125mm dd2=315mmv=6.28m^s 合适 iLd=2240mm a=768mm i165.8° 合适 7计算带的根数 8计算初拉力 9计算对轴的压力 10带轮结构设计绘工作图 i165.8°〉120°,合适 下面计算V带根数 z=Pd (PiP)KKi 由ddi=125mmni=960r/min,查表《机械设计基础》 表8—5(173页), P=1.64kW 查表《机械设计基础》表8—8(177页),B型带,由i=2.5,得 P1==0.29kW 查表《机械设计基础》表8—10(179页) K=0.96 由Ld=2240mm查表查表《机械设计基础》表8—11(179页),得K=1.00 则Z=6603.56 (1.640.29)0.961.00 取z=4根 查表《机械设计基础》表8—2(167页),B型带, q=0.17kg/m;计算初拉力 F0500(251)-qv2 Kzv lcc、/2.56.602c =500X (1)0.176.282=217.44N 0.9646.28 计算作用在带轮轴上的压力 1658 Q=2zFosin-12X4X217.44Xsin——= 22 1726.18N z=4 Fo=217.44N Q=1726.18N 四、齿轮的设计计算已知传递的名义功率Pi=5.28,小齿轮转速n436.36,传动比ig=4.05连续单向运转,传动尺寸无严格限制;电动机驱动。 计算项目 计算容 计算结果 1.选精度等级、材料及齿数 2.按齿面接触强度设计 1)精度等级选用8级精度; 2)试选小齿轮齿数z1=24,大齿轮齿数z2=96的; 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 Z仁24 Z2=96 3|2 按式(1021)试算,即dt>2KtTu1ZhZe \©dSu% 3传动尺寸计算 、 按式KKKKK av 查表35-12得Ka=1 初估速度=4mS 由图35-30b查得Kv=1.1,取=0 11 由式-[1.88-3.2(+)]cos=1.713 Z1Z2 取=1 d 由图35-31得,K=1.46;由图35-32得,K=1.05 所以Kt=1.364 dt61.4mm v=d^n1—=3.08m/s 601000 因与初估圆周速度相差较大,故应修正载荷系数及小齿轮直径 由图35-30b得Kv=1.03,算得K=1.276,d1=59.5mm a14d2=147.6,取150mm 2 d1cos卄 m=2.48mm,取m=2.5mm 乙 2a d1==60mmd2=ud1=240mm u1 b=dd1取b仁70mmb2=60mm 3)结构设计 以大齿轮为例。 因齿轮齿顶圆直径大于160mm而又小于500mm 故以选用腹板式为宜。 其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 五、轴的设计计算 (一)主动轴的设计计算 已知传递的功率为Pi=5.28kW,主动轴的转速为ni=384r/min,小齿轮分度圆直径di=60mm啮合角d=20°,轮毂宽度B小齿轮=700mm工作时为单向转动。 解: 1、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力(按教材表39—1、39—8) 轴名 材料 热处理 硬度 抗拉强度 许用弯曲应力 主动轴 P45号钢 调制 217~255 650MPa 60MPa 2、画出轴的结构示意图: —与轴皋与齿轮与轴承与带轮与透善\rVr■>I \」 rV- ph b n~ k 十 十-\1 I i»iMb斗ib ■4詡 fiMB1 ■* f1 F •S■ Li —► w 3、计算轴各段直径 计算项目 计算容 计算结果 1计算di 由教材表39-7得: A=114106,取A=118(取较大值) d1=30mm di"27.14,轴上有一个键槽,故轴径增大5% 2、计算d2 \n1 d/=d1”x(1+5%=28.50按138页圆整d1=30 d2=35mm 3、计算d3: d2'=d1+2a=d计2X(0.07-0.1)xd1=34.2-36,因d2必须 符合轴承密封元件的要求,取d2=35。 (191页) da=40mm d3'-d2+(1〜5)m叶36-40,d3必须与轴承的径一致, 4、计算d4 圆整da=40o所选轴承型号为6208,B=18,D=80,G=22.8, C0r=15.8 d4=45mm 5、计算d5 d4'=c3+(1-5)mm=41-45,为装配方便而加大直径,应 圆整为标准直径;一般取0,2,5,8为尾数。 取d4=45 ds=40mm d5=d3=40,同一轴上的轴承选用同一型号,以便于 轴承座孔镗制和减少轴承类型。 4、计算轴各段长度 计算项目 计算容 计算结果 1、计算L1 B带轮=(Z一1)e+2f=,e、f值杳教材表34-8 L1=58 L1‘=(1.5〜2)d1,按138页取L1=58 2、计算L2 L2=l1+e+m=50 e=1.2d3,其中d3为螺钉直径,查表5—1(23页) m=L-A3-B轴承小 =6+G+G+(3〜8)-A3小一一B由承小=20 1_2=50 式中6、Cl、C查表5—1o11、A3小查表6—8(75页, 按凸缘式端盖查11),右m<取m=即可。 1_3=40 I_3=Bi承小+A2小+A3小,A2小查表6—8(75页) 3、计算La dd Q_4<10-15,故小齿轮做成齿轮轴,L4=B」、齿轮 2 L4=70 4、计算L4 l_5=L3 Lg=40 5、计算L5 5、校核轴的强度 计算项目 计算容 计算结果 1.求轴上的载何 Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6.弯扭校合 W0.1d30.160321600mm3 Jm;(T1)2 p51.2MPa[p] pW 6、画出轴的工作图,标出具体尺寸和公差 (二)从动轴的设计计算 已知传递的功率为Pii=5.08,从动轴的转速为nii=96,大齿轮分度圆直径d2=240 啮合角a=20°轮毂宽度B大齿轮=600mm工作时为单向转动。 解: 1、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力(按教材表39—1、39—8) 轴名 材料 热处理 硬度 抗拉强度b 许用弯曲应力[b] 从动轴 45号钢 正火 170-217 600MPa 55MPa 画出轴的结构示意图 占占 计算轴各段直径 计算项目 计算容 计算结果 1、计算d1, 2、计算d2 3、计算d3 4、计算d4 5、计算d5 6、计’算 由教材表39-7得: A=118-106,取A=115(取较大值) d1"A3也,轴上有一个键槽,故轴径增大5% Vn1 d1‘=d”X(1+5%=45,为使所选轴径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器。 查184页,相配合的联轴器选HL4型弹性柱销联轴器,轴径相应圆整为d1‘,半联轴器长1=112。 d2'=d1+2a=cH十2X(0.07-0.1)Xd1=36.48-38.4,因d2必须符 合轴承密封元件的要求,取d2=55。 (191页) d3'=d2+(1〜5)mm=41-45d3必须与轴承的径一致,圆 整d3=。 所选轴承型号为6212,B=22D=11QCr=36.8,Cor=27.8 d4'=d3+(1〜5)mm=为装配方便而加大直径,应圆整为标准直径: 一般取0,2,5,8为尾数。 取d4=62 d5'=d4+2c4=d4+2X(0.07-0.1)Xd4,ds=75(取整) d6=d3=60,同一轴上的轴承选用同一型号,以便于轴 d1=45 d2=55 da=60 d4=62 ds=75 d6=60 计算项目 计算容 计算结果 1、计算Li 半联轴器的长度1=112,为保证轴端挡圈只压在半联轴器上,而不压在轴的端面上,故第1段的长度应比1略短一些,按138页取L1=82 L1=82 2、计算L2 L2=l1+e+m=50 e=1.2d3,其中d3为螺钉直径,查表5—1(23页) m=L-A3-B轴承小 =6+G+C2+(3〜8)-A3小一一B»承小=20 式中6、Cl、C2查表5—1。 I1、A3小查表6—8(75页, L2=50 3、计算13 按凸缘式端盖杳⑴,右m<取m=即可。 B一b L3B由承大+A2大+A3大,A2大,A2大A2小+54(么式中E 2 La=54 L4=58 4、计算L4 L5=22 5、计算L5 为齿轮宽度) 6,计算L6 L4=臥齿轮一2=60 L5=b=1.4a4=12取整) L6=B轴承大+A2大+A3大一1—5=31 L6=45 d6承座孔镗制和减少轴承类犁 5、校核轴的强度 计算项目 计算 容 计算结果 2.求轴上的载何 Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6.弯扭校合 W0.1d 30.1603 21600mm3 pW 51.2MPa[ p] 6、画出轴的工作图,标出具体尺寸和公差(例图)略 计算注意事项: 1、主动轴与从动轴的e应相等,2、主、从动轴m+X3+B螈应相等 d6 承座孔镗制和减少轴承类犁。 (一)主动轴外伸端处键的校核 已知轴与带轮采用键联接,传递的转矩为Ti=131,轴径为di=30,轴长Li=58 带轮材料为铸铁,轴和键的材料为45号钢,有轻微冲击 六、键的选择与验算 计算项目 计算容 计算结果 1)键的类型 带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型 及其尺 平键联接。 键bxh 寸 根据轴径d=30,由表10-33(165页),查得: 键宽 键长L-50 选择 b=8,键高h=7,因轴长Ll58,故取键长L=50 将I=L—b,k=0.4h代入公式得挤压应力为 2)验算挤压强度 2T1000oo.. p53.82Mpa kld p=53.58 由教材表33—3查得,轻微冲击时的许用挤压应 p<[p] 强度足够 3)确定键槽尺 力[p]50—60MPap<[p],故挤压强度足够。 寸及相应的公 差 H7 (以75——为例)由附表10-33(165页)得,r6 轴槽宽为20N9Q520,轴槽深t=7.5mmr6对应的 极限偏差为: 0.062。 毂槽宽为20JS9+0.026,毂槽深 0.043 h=4.9mmH7对应的极限偏差为0.030 4)绘制键槽工作图 (二)从动轴外伸端处键的校核 已知轴与联轴器采用键联接,传递的转矩为「1=505轴径为d1=45,宽度L仁82联轴器、轴和键的材料皆为钢,有轻微冲击 计算项目 计算容 计算结果 1)键的类型 及其尺 寸 选择 2)验算挤压 强度 带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型平键联接。 根据轴径d=45,由表10-33(165页),查得: 键宽b=12,键高h=8,因轴长L-82,故取键长L=70将l=L—b,k=0.4h代入公式得挤压应力为 2T1000lc p52.41Mpa pkld 键bxh 键长L=70 p=52.41 3)确定键槽尺寸及相应的公 差 由教材表33—3查得,轻微冲击时的许用挤压应力[p]50—60MPap<[p],故挤压强度足够。 (以75H7为例)由附表10-33(165页)得,r6 轴槽宽为20N90520,轴槽深t=7.5mmr6对应的 极限偏差为: 0.062。 毂槽宽为20Js9±0.026,毂槽深 0.043 h=4.9mmH7对应的极限偏差为0.030 p<[p] 强度足够 (三)从动轴齿轮处键的校核 已知轴与齿轮采用键联接,传递的转矩为「1=505,轴径为di=52,宽度L4=58齿轮、轴和键的材料皆为钢,有轻微冲击 计算项目 计算容 计算结果 1)键的类型 带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型 及其尺 平键联接。 键bxh 寸 根据轴径d=30,由表10-33(165页),查得: 键宽 键长L-45 选择 b=14,键高h=9,因轴长Ll60,故取键长L=45 将l=L—b,k=0.4h代入公式得挤压应力为 2)验算挤压强度 2T1000"「一 p59.17Mpa kld p=59.17 由教材表33—3查得,轻微冲击时的许用挤压应 p<[p] 强度足够 3)确定键槽尺 力[p]50—60MPap<[p],故挤压强度足够。 寸及相应的公 差 (以75H7为例)由附表10-33(165页)得,r6 轴槽宽为20N9o52°,轴槽深t=7.5mmr6对应的 极限偏差为: 0062。 毂槽宽为20Js9±0.026,毂槽深 0.043 h=4.9mmH7对应的极限偏差为0.030 注意: 从动轴的许用挤压应力[p]: 100—120Mpa。 键的工作图都需要画出 七、轴承的选择与验算 (一)主动轴承的选择与验算 已知轴颈直径cb=40,m=384Rva=119221192 ,运转过程中有轻微冲击 计算项 目 计算容 计算结果 1、确定轴 由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数 承的基本参 P=RvAR毗中较大者 P=1.2 数 因球轴承,故c=3,查教材表38-10,取fd=1, 2、计算当 查教材表38-11,取gT=1 量动负荷P 3、计算基 代入计算得: Lh=16667(grCr1000)Lh' Lh>Lh, 本额定寿命 nfdP 合适 故所选轴承合适。 (Lh可查表或按大修期确定) (二)从动轴承的选择与验算 已知轴颈直径d3=60,nii=96,Rva=3063,Rw=3063,运转过程中有轻微冲击 计算项 目 计算容 计算结果 1、确定轴 由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数 承的基本参 P二RvAR毗中较大者 P=1.2 数 因球轴承,故c二3,查教材表38-10,取fd=1, 2、计算当 查教材表38-11,取gT=1 量动负荷P 3、计算基 代入计算得: Lh=16667(grCr1000)Lh Lh>Lh, 本额定寿命 nfdP 合适 故所选轴承合适。 (Lh可查表或按大修期确定) 注意: 如寿命过大,贝陲选轴承型号,取轻或特轻系列 八、联轴器的选择与验算 已知联轴器用在减速器的输出端,从动轴转速nh=96,传递的功率为Pii=5.08传递的转矩为T"=505,轴径为di=45 计算项目 计算容 计算结果 1、类犁选择 2、计算转矩 3、型号选 择 为减轻减速器输出端的冲击和振动,选择弹性柱销联轴器,代号为HL 由教材表43-1,选择工作情况系数K=1.25 Tc=K・Tn=631.96 按计算转矩、轴径、转速,从标准中选取HL3型弹性柱销联轴器,采用短圆柱形轴孔。 公称转矩: Tn=630>Tc HL弹性柱销联轴器 Tc=631.96 许用转速: n1=1000>n1 主动端: 了型轴孔、A型键槽、轴径d1=,半联轴器长度L: 联轴器的选择结果 型号 轴孔直径 轴孔长度 公称转矩 许用转速 HL4 45 112 1250 4000 九、箱体、箱盖主要尺寸计算 箱体采用水平剖分式结构,采用HT20灰铸铁铸造而成。 箱体主要尺寸计算如下: 名称 符号 尺寸 箱体厚度 具体容参照23页表5-1 8mm 十、齿轮和滚动轴承润滑与密圭寸方式的选择 (一)减速器的润滑 1、齿轮的润滑: 根据齿轮的圆周速度6
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